科學家找到便宜好用的光熱電探測器材料

近日，中科院大連化物所研究員姜鵬、中國科學院院士包信和團隊在新型光熱電探測器開發研究中取得進展，相關成果發表於《自然—通訊》。

光熱電探測器是基於光熱轉換和熱電轉換的一種探測器。當光照射在熱電材料的一端時，光能經過光熱轉換首先轉化為熱能，從而在熱電材料兩端建立溫差。在溫差的驅動下，載流子會向冷端擴散（即熱電轉換中的Seebeck效應），進而在材料兩端建立電勢差。

光熱電探測器具有自供電、非製冷、響應波長範圍寬等優點，在光探測、紅外熱成像、溫度監測等軍用、民用領域具有重要的應用前景。

光熱電探測器的響應度正比於材料的Seebeck係數（S）和材料兩端的溫差。傳統光熱電探測器採用的是Seebeck係數較低的傳統熱電材料，為了提高響應度，通常需採用微加工工藝來構造陣列結構，這增加了製備工藝的複雜性，提高了產品成本。

研究團隊突破傳統限制，採用了具有較高室溫Seebeck係數的鈦酸鍶，同時藉助鈦酸鍶在長波紅外大氣窗口（8~14微米）的聲子吸收來增強光熱轉換效率。

結合這兩個優勢，單個鈦酸鍶光熱電元件在10微米波長附近的響應度可達1.2V/W。進一步的研究表明，鈦酸鍶光熱電探測器的響應波長可從深紫外線延伸至遠紅外線，可承受的光功率密度達到每平方厘米1000瓦。

專家認為，鈦酸鍶光熱電探測器價格便宜、環境友好、耐高溫、性能優異且製備工藝簡單。該研究為開發新型高性能光熱電探測器提供了全新的思路。

（來源：中國科學報 劉萬生 陸曉偉）

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